大家好，这周带来angew上的一篇文章，Label-FreeVisualizationofCarbapenemaseActivityinLivingBacteria，通讯作者是来陕西的西北大学化学与材料科学学院的和媛教授，她实验室的研究方向是酶催化反应机理、生物大分子结构解析和小分子抑制剂开发。
革兰氏阴性菌肠杆菌科（CPE）可以生产碳青霉烯酶，它是许多细菌产生对抗生素耐药的原因，因为它能有效水解碳青霉烯类抗生素（如亚胺培南、美罗培南、厄他培南等）的C-N键，造成抗生素失效。根据氨基酸序列同源性，碳青霉烯酶被分类为A、B和D三种，A和D为丝氨酸β-内酰胺酶。通过形成酰基酶中间体切割β-内酰胺A类代表是Klebsiellapneumoniaecarbapenemase(KPC),D类代表是OxAcIL-48（OXA-48）。B类是金属β-内酰胺酶，需要锌参与催化，代表是NDM-1和亚胺培南水解内酰胺酶（IMP）。碳青霉烯酶基因通常是质粒编码的，并且可以很容易地传递给其他菌种，造成耐药性大规模爆发，引发流行性疾病。CPE已成为当今世界上最严重的公共卫生安全威胁之一。对碳青霉烯酶反应的动力学研究是生物医学领域的研究热点之一。
在活细菌中对碳青霉烯酶活性的实时表征是最快速有效研究CPE的关键。由于菌内部成分复杂，现有的质谱核磁等方法存在着背景高，信号干扰及样品处理复杂、不能时时监测等问题。荧光探针方法克服了这些困难，但是其对标记底物的动力学性质和特异性差异仍然是存在的问题。本文发展了一种灵敏、简单的实时监测方法，可以无标记的对菌内天然碳青霉烯酶活性进行研究。
因为酶催化反应过程会放热，反应速率与热变化率的直接相关。反应量热计天然酶催化反应监测的有力工具。利用热研究细胞内的酶催化过程仍然很少见，主要是因为担心能否区分反应热与背景热。本文作者先是证明水解β-内酰胺的键能量约为15～32千卡/mol。由于酶的高效和水解反应焓高，使用量热仪器可以很容易地实时监测。仪器的信号噪声＜0.01）微卡/秒。而来源于细胞生长的代谢热经常发生的很慢（小时到几天），比酶催化产生的热低几个数量级，所以能够非常好的监测反应热。作者将反应物亚胺培南溶液滴入可产生碳青霉烯酶的细菌培养液中，监测热量发生明显变化。而无底物对照组、细菌培养上清液对照组均没有变化，不产生碳青霉烯酶的菌对照组、加入酶抑制剂组也均无明显变化。
对CPE菌株的及时监测可以有效地防止耐药菌快速传播，对指导临床治疗有重要意义。在证明该细胞内量热法检测碳青霉烯酶的快速性、特异性、敏感性之后，作者我们尝试将其应用于临床CPE的筛选。并将帅选结果与目前的表型试验进行比较。集株临床肠杆菌科菌株进行测定，经过数据分析，其中97个被鉴定为CPE，45个为非CPE，准确率可达%。
总之文章介绍了一种无需标记的灵敏、简单的实时监测方法，可以无标记的对菌内天然碳青霉烯酶活性进行研究。同时也可以用此方法筛选碳青霉烯酶的抑制剂。
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